DE102008060300B4

DE102008060300B4 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102008060300B4
Application number: DE102008060300.7A
Authority: DE
Inventors: Shin Soyano; Katsumichi Ueyanagi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: CN103151325B; JP2009141000A; CN101452925B; US8030749B2; US20090140414A1; JP5176507B2; CN101452925A; DE102008060300A1; CN103151325A

Abstract

Halbleitervorrichtung, enthaltend:eine Vielzahl von externen Anschlussklemmen (51, 53, 50, 52), die in einem Gehäuse (40) aus einem Harzmaterial fixiert gehalten sind;mindestens ein in dem Gehäuse (40) untergebrachtes Halbleiterelement (30a, 30b, 31a, 31b); undmindestens eine Verdrahtungseinheit (70bl)wobei die Verdrahtungseinheit (70bl),mindestens eine Zuleitung (60) zur Leistungsübertragung sowie ein Trägersubstrat (70) enthält, wobei das Trägersubstrat (70) die Zuleitung (60) trägt,wobei die Verdrahtungseinheit (70bl) in einem Inneren des Gehäuses (40) angeordnet ist,wobei das Halbleiterelement (30a, 30b, 31a, 31b) mit den externen Anschlussklemmen (51, 53, 50, 52) durch die mindestens eine Zuleitung (60) elektrisch verbunden ist, undwobei eine Kerbe (70b) in der Verdrahtungseinheit (70bl) so ausgebildet ist, dass die Kerbe (70b) eine Stiftklemme (22) hält, die mit einer Steuerelektrode des Halbleiterelements (30a, 30b, 31a, 31b) leitend verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung. Insbesondere betrifft sie eine Halbleitervorrichtung, die in einem Gehäuse aus einem Harzmaterial enthaltene Halbleiterelemente einschließt.
In einem Gerät, wie zum Beispiel einem Wechselrichtergerät, einer unterbrechungsfreien Stromversorgung, einer Werkzeugmaschine oder einem Industrieroboter wird eine Halbleitervorrichtung (Modul), die darin montierte Leistungshalbleiterelemente enthält, unabhängig von einem Körper des Geräts verwendet. Eine derartige Halbleitervorrichtung hat einen Aufbau, bei dem Leistungshalbleiterelemente in einem Gehäuse aus einem Harzmaterial versiegelt (dicht eingeschlossen oder „gepackt“) sind (siehe beispielsweise JP H06- 45 518 A und JP 2002 - 368 192 A ).
Verdrahtungsklemmen (Anschlussrahmen) werden allgemein für die interne Verdrahtung einer derartigen Halbleitervorrichtung verwendet (siehe zum Beispiel JP 2005 - 64 441 A ).
11 zeigt als Beispiel eine schematische Ansicht, die den Hauptteil einer Halbleitervorrichtung zeigt, die ein in einem Gehäuse aus einem Harzmaterial versiegeltes Leistungshalbleiterelement enthält. 11 zeigt ein Beispiel der Halbleitervorrichtung, die unter Verwendung einer Verdrahtungsklemme intern verdrahtet ist.
Wie 11 zeigt, enthält die Halbleitervorrichtung ein IGBT-Element (Isolierschicht-Bipolartransistor) 100, das in einem Gehäuse 400 aus einem Harzmaterial angeordnet ist. Das hier genannte IGBT-Element 100 ist ein vertikales Leistungshalbleiterelement, das eine an seiner oberen Oberfläche angeordnete Emitterelektrode und eine an seiner unteren Oberfläche angeordnete Kollektorelektrode enthält. Die Emitterelektrode des IGBT-Elements 100 und ein Verdrahtungssubstrat 200 sind durch eine Verdrahtungsklemme 600 leitend miteinander verbunden. Die Kollektorelektrode des IGBT-Elements 100 ist mit dem Verdrahtungssubstrat 200 direkt leitend verbunden.
Die Emitterelektrode und das Verdrahtungssubstrat 200 werden allgemein durch die Verdrahtungsklemme 600 miteinander verbunden, beispielsweise durch Löten, Ultraschallbonden, Laserschweißung oder dergleichen.
Bei der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung ist es unmöglich, die Konfiguration der Verdrahtungsklemme 600 ohne weiteres zu verändern.
Aus der US 5 519 252 A ist eine Halbleitervorrichtung bekannt, bei der ein Stiftblock auf einen bereits ausgebildeten Gehäusekörper in einer vorbestimmten Position aufgesetzt werden kann.
Aus der DE 692 11 821 T2 ist eine innere Leiterstruktur einer Halbleitervorrichtung bekannt, die auf Leitungen, die Schwingungen und Fehlfunktionen verursachen können, innerhalb der Halbleitervorrichtung verzichtet.
In der JP 2006 - 13 273 A ist eine Halbleitervorrichtung gezeigt, umfassend eine wärmableitende Metallgrundstruktur, auf der eine Leiterplatte mit Halbleiterelement angeordnet ist. Über der Leiterplatte ist ein Kontrollleiterplatte angeordnet, die Mittels einer Harzplatte von der Leiterplatte mit dem Halbleiterelement getrennt ist. Hauptanschlüsse an einem oberen Deckel sind mit der Leiterplatte mit dem Halbleiterelement über im Gehäuse angeordnete Leitungen verbunden. Terminals der Kontrollleiterplatte sind über Stiftklemmen im Gehäuse mit der Leiterplatte mit Halbleiterelement verbunden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die in einem Gehäuse aus einem Harzmaterial gepackte Halbleiterelemente enthält und bei welcher es möglich ist, die Konfiguration mindestens einer Verdrahtungsklemme ohne weiteres zu ändern.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus Patentanspruch 1. Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Dabei sind auch andere Kombinationen von Merkmalen als in den Ansprüchen beansprucht möglich.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Halbleitervorrichtung geschaffen, enthaltend: eine Vielzahl von externen Anschlussklemmen, die in einem Gehäuse aus einem Harzmaterial fest gehalten sind; mindestens ein in dem Gehäuse aus einem Harzmaterial gepacktes Halbleiterelement; mindestens eine Verdrahtungseinheit, wobei die Verdrahtungseinheit mindestens eine Zuleitung zur Leistungsübertragung sowie ein Trägersubstrat enthält, wobei das Trägersubstrat die Zuleitung trägt, die Verdrahtungseinheit in einem Inneren des Gehäuses angeordnet ist, das Halbleiterelement mit den äußeren Anschlussklemmen elektrisch durch die mindestens eine Zuleitung elektrisch verbunden ist; und eine Kerbe in der Verdrahtungseinheit so ausgebildet ist, dass die Kerbe eine Stiftklemme hält, die mit einer Steuerelektrode des Halbleiterelements leitend verbunden ist.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die mit in dem Gehäuse gepackten Halbleiterelementen versehen ist und bei welcher die Konfiguration der Verdrahtungsklemme ohne weiteres geändert werden kann.

1A und 1B sind schematische Ansichten eines Hauptteiles eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteiles der Halbleitervorrichtung zur Erklärung von Effekten der Halbleitervorrichtung (Teil 1);
3 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteiles der Halbleitervorrichtung zur Erklärung von Effekten der Halbleitervorrichtung (Teil 2);
4 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteiles der Halbleitervorrichtung zur Erklärung von Effekten der Halbleitervorrichtung (Teil 3);
5 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteiles der Halbleitervorrichtung zur Erklärung von Effekten der Halbleitervorrichtung (Teil 4);
6 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteiles der Halbleitervorrichtung zur Erklärung von Effekten der Halbleitervorrichtung (Teil 5);
7 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteiles der Halbleitervorrichtung zur Erklärung von Effekten der Halbleitervorrichtung (Teil 6);
8 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteiles einer Modifikation der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
9A und 9B sind schematische Ansicht eines Hauptteiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
10A und 10B sind schematische Ansicht eines Hauptteiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
11 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteiles eine Halbleitervorrichtung gemäß dem Stand der Technik, bei welcher ein Leistungshalbleiterelement in einem Gehäuse aus einem Harzmaterial versiegelt ist.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf einer Halbleitervorrichtung werden nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1A und 1B sind schematische Ansichten, die einen Hauptteil einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen. 1A zeigt eine schematische Draufsicht der Halbleitervorrichtung. 1B zeigt eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung entlang einer unterbrochenen Linie X-X in 1A in Pfeilrichtung betrachtet. Dabei zeigen 1A und 1B ein Beispiel eines Halbleitermoduls, das einer Phase einer Wechselrichterschaltung entspricht.
Die in 1A und 1B gezeigte Halbleitervorrichtung 1 hat eine Metallbasisplatte 10 mit einer Dicke im Millimeterbereich als ein Substrat. Jedes isolierende Substrat 20 ist durch eine bleifreie Zinn-Silber-Lotschicht (Sn-Ag) mit der Metallbasisplatte 10 verbunden und auf dieser montiert. IGBT-Elemente 30a und 30b als Leistungshalbleiterelemente und Freilaufdioden-Elemente 31a und 31b sind auf oberen Schichten der isolierenden Substrate 20 jeweils montiert. Die Halbleitervorrichtung 1 hat ferner ein Gehäuse 40 aus einem Harzmaterial, in das die vorstehend genannten Halbleiterelemente etc. gepackt sind, so dass die Halbleitervorrichtung 1 als ein so genanntes Mehrzweck-IGBT-Modul (Leistungsmodul) fungiert.
Jedes isolierende Substrat 20 umfasst eine Isolierplatte 20a, eine unter einer unteren Fläche der Isolierplatte 20a durch ein DCB-Verfahren (Direct Copper Bonding) gebildete Metallfolie 20b und eine auf einer oberen Oberfläche der Isolierplatte 20a durch das gleiche DCB-Verfahren gebildete Metallfolie 20c.
Mindestens ein IGBT-Element 30a oder 30b ist auf der Metallfolie 20c jedes isolierenden Substrats 20 durch eine Lotschicht (nicht dargestellt) montiert, während eine Rückseite (z. B. eine Kollektorelektrodenseite) des IGBT-Elements 30a oder 30b auf der Metallfolie 20c angebracht ist.
Eine Emitterelektrode ist auf einer Hauptoberfläche des IGBT-Elements 30a oder 30b der Kollektorelektrode gegenüberliegend angeordnet, das heißt auf einer oberen Oberflächenseite des IGBT-Elements 30a oder 30b. Steuerelektroden 30g sind ferner auf einem Teil der oberen Oberfläche des IGBT-Elements 30a oder 30b angeordnet. Jede Steuerelektrode 30g ist durch einen Metalldraht 21 mit einem Ende einer Stiftklemme (Steuerklemme) 22 leitend verbunden, die in das Gehäuse 40 eingeformt (eingegossen) ist. Das andere Ende der Stiftklemme 22 verläuft von der Halbleitervorrichtung 1 nach oben zu einer höheren Position als die obere Oberfläche des Gehäuses 40.
Jedes Freilaufdioden-Element 31a oder 31b ist auf der Metallfolie 20c montiert, wobei eine Kathodenseite des Freilaufdioden-Elements 31a oder 31b mit der Metallfolie 20c durch eine Lotschicht (nicht dargestellt) verbunden ist. Eine Anodenseite des Freilaufdioden-Elements 31a oder 31b ist auf einer Hauptoberfläche des Freilaufdioden-Elements 31a oder 31b der Kathodenseite gegenüberliegend angeordnet, das heißt auf einer oberen Oberfläche des Freilaufdioden-Elements 31a oder 31b.
Eine integrale Klemme 23a oder 23b mit einem gebogenen Aufbau ist durch ein beliebiges Verfahren (nachfolgend allgemein als Löten oder dergleichen bezeichnet), z.B. Löten, Ultraschallbonden, Laserschweißung oder Schrauben, zwischen die Emitterelektrode des IGBT-Elements 30a oder 30b (die obere Oberfläche des IGBT-Elements 30a oder 30b) und die Anodenseite des Freilaufdioden-Elements 31a oder 31b (die obere Oberfläche des Freilaufdioden-Elements 31a oder 31b) gelegt. Somit wird der elektrische Kontakt zwischen der Emitterelektrode des IGBT-Elements 30a oder 30b und der Anodenseite des Freilaufdioden-Elements 31a oder 31b durch die Klemme 23a oder 23b sichergestellt.
Die Klemme 23a oder 23b ist weiter zu einer Metallfolie 20d verlängert, die in dem Gehäuse 40 als L-förmiges Muster vorliegt. Die Klemme 23a oder 23 und die Metallfolie 20d werden durch Löten oder dergleichen elektrisch miteinander verbunden.
Die Kollektorelektrode des IGBT-Elements 30a oder 30b und die Kathodenseite des Freilaufdioden-Elements 31a oder 31b sind durch die Metallfolie 20c elektrisch miteinander verbunden, bei welcher es sich um eine unter dem IGBT-Element 30a oder 30b und dem Freilaufdioden-Element 31a oder 31b angeordnete Metallfolie handelt.
Beispielsweise ist jede Isolierplatte 20a aus einem Aluminiumoxid-Sinterkeramikmaterial (Al₂O₃) hergestellt und jede der Metallfolien 20b, 20c und 20d ist aus einem Kupfer (Cu) als Hauptkomponente enthaltenden Metall hergestellt. Jede der Klemmen 23a und 23b ist aus einem Material hergestellt, das ein Metall, wie z. B. Kupfer (Cu) oder Aluminium (AI) oder eine Legierung daraus als Hauptkomponente enthält.
Das auf der Metallfolie montierte Halbleiterelement ist nicht auf das vorstehend genannte IGBT-Element 30a oder 30b beschränkt, sondern kann auch einen Leistungs-MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) einschließen.
In der Halbleitervorrichtung 1 ist das beispielsweise aus PPS (Polyphenylensulfid) hergestellte Gehäuse 40 so vorgesehen, dass es an einer oberen Kante der Metallbasisplatte 10 befestigt ist. Externe Anschlussklemmen 50, 51, 52, 53, 54 und 55, die mit Hauptelektroden der IGBT-Elemente 30a und 30b leitend verbunden sind, sind beispielsweise in einen Teil des Gehäuses 40 eingegossen.
In der Halbleitervorrichtung 1 sind die externen Anschlussklernmen 51 und 54 so angeordnet, dass beispielsweise die externe Anschlussklemme 51 als eine Eingangsklemme für eine positive Elektrode (P-Klemme) der Wechselrichterschaltung dient, während die externe Anschlussklemme 54 als eine Eingangsklemme für die negative Elektrode (N-Klemne) der Wechselrichterschaltung dient. Diese externen Anschlussklemmen 51 und 54 sind mit der positiven beziehungsweise der negativen Elektrode einer außerhalb der Halbleitervorrichtung 1 angeordneten Gleichstromversorgung elektrisch verbunden.
Zusätzlich sind die externen Anschlussklemmen 53 und 55 so angeordnet, dass die externen Anschlussklemmen 53 und 54 als Wechselstrom-Ausgangsklemmen (z. B. U-Phase) der Wechselrichterschaltung dienen.
Obgleich die vorstehende Beschreibung hinsichtlich der Wechselrichterschaltung im Rahmen eines Beispiels erfolgte, ist diese Schaltungskonfiguration nicht auf die Wechselrichterschaltung beschränkt, sondern kann auch auf eine andere elektrische Stromrichterschaltung, wie z. B. einen Gleichstromsteller, angewandt werden.
Schließlich sind die verbleibenden externen Anschlussklemmen 50 und 52 Reserveklemmen.
Beispielsweise ist ein Ende eines Klemmenhalters 24a mit der externen Anschlussklemme 51 durch Löten oder dergleichen verbunden. Ferner ist das andere Ende des Klemmenhalters 24a mit der Metallfolie durch Löten oder dergleichen verbunden.
Auf diese Weise sind in der Halbleitervorrichtung 1 die externe Anschlussklemme 51, die in dem Gehäuse 40 fixiert vorgesehen ist, und die Metallfolie 20c durch den Klemmenhalter 24a miteinander elektrisch verbunden. Das heißt, dass die externe Anschlussklemme 51 mit den Kollektorelektroden der IGBT-Elemente 30a und den Kathodenseiten der Freilaufdioden-Elemente 31a leitend verbunden ist.
Ein Ende eines Klemmenhalters 24b ist mit der externen Anschlussklemme 54 durch Löten oder dergleichen verbunden. Ferner ist das andere Ende des Klemmenhalters 24b mit der Metallfolie 20d durch Löten oder dergleichen verbunden.
Auf diese Weise sind in der Halbleitervorrichtung 1 die in dem Gehäuse 40 fixiert vorgesehene externe Anschlussklemme 54 und die Metallfolie 20d durch den Klemmenhalter 24b elektrisch miteinander verbunden. Das heißt, dass die externe Anschlussklemme 54 mit den Emitterelektroden der IGBT-Elemente 30b und den Anodenseiten der Freilaufdioden-Elemente 31b leitend verbunden ist.
Zusätzlich sind Enden einer U-förmigen Verdrahtungsklemme (Zuleitungsrahmen) 60 mit den externen Anschlussklemmen 53 beziehungsweise 55 durch Löten oder dergleichen verbunden. Ein zentraler Abschnitt der Verdrahtungsklemme 60 ist mit einer oberen Oberfläche eines Klemmenhalters 25 durch Löten oder dergleichen verbunden. Eine untere Oberfläche des Klemmenhalters 25 ist mit den Metallfolien 20c und 20d durch Löten oder dergleichen verbunden.
Auf diese Weise sind in der Halbleitervorrichtung 1 die Enden der Verdrahtungsklemme 60 mit den externen Anschlussklemmen 53 und 55 elektrisch verbunden, die in dem Gehäuse 40 fixiert vorgesehen sind. Zusätzlich ist der zentrale Abschnitt der Verdrahtungsklemme 60 mit den Emitterelektroden der IGBT-Elemente 30a und den Anodenseiten der Freilaufdioden-Elemente 31a durch den Klemmenhalter 25 verbunden. Ferner ist der zentrale Abschnitt der Verdrahtungsklemme 60 mit den Kollektorelektroden der IGBT-Elemente 30b und den Kathodenseiten der Freilaufdioden-Elemente 31b durch den Klemmenhalter 25 elektrisch verbunden.
Des Weiteren ist in der Halbleitervorrichtung 1 die vorstehend beschriebene Verdrahtungsklemme 60 durch ein Trägerelement (nicht dargestellt) an einer Isolierplatte (Trägersubstrat) 70 befestigt. Die Isolierplatte 70 enthält ein Harz- oder Keramikmaterial als Hauptkomponente. In den entgegengesetzten Enden der Isolierplatte 70 sind Kerben 70a vorgesehen. Die Kerben 70a sind für Fixierungsstifte 70p angepasst, die an inneren Enden des Gehäuses 40 fest vorgesehen sind.
Durch dieses Einsetzen ist die Isolierplatte 70 relativ zum Gehäuse 40 exakt positioniert. In der Isolierplatte 70 sind Erweiterungsabschnitte 70c vorgesehen. Die Erweiterungsabschnitte 70c sind an den Klemmenhaltern 24a und 24b angeordnet, um dadurch die horizontale Stabilität der Isolierplatte 70 sicherzustellen.
Kerben 70b zur Aufnahme von Seitenabschnitten der Stiftklemmen 22 sind des Weiteren in der Isolierplatte 70 vorgesehen. Die Kerben 70b halten die Seitenabschnitte der Stiftklemmen 22.
Ein von dem Gehäuse 40 und der Metallbasisplatte 10 umgebener Raum ist mit einem Gießharz (nicht dargestellt) gefüllt, um die Halbleiterelemente, die Metalldrähte 21 und dergleichen zu schützen. Beispielsweise ist das Gießharz als ein ein Gel oder Epoxydharz als Hauptkomponente enthaltendes Harz vorgesehen.
Zusätzlich sind beispielsweise jede der externen Anschlussklemmen 50, 51, 52, 53, 54 und 55, die Verdrahtungsklemme 60 und die Klemmenhalter 24a, 24b und 25 aus einem ein Metall, wie z. B. Kupfer (Cu) oder Aluminium (AI), oder eine Legierung daraus als Hauptbestandteil enthaltenden Material hergestellt.
Dabei kann die Verdrahtungsklemme 60 mit der Isolierplatte 70 umspritzt sein anstatt an der Isolierplatte 70 befestigt sein.
Eine Kombination der Verdrahtungsklemme 60 und der Isolierplatte 70, wie in 1A und 1B gezeigt, wird als Klemmenblock (Verdrahtungseinheit) bezeichnet.
Wie vorstehend beschriebenen, ist die Halbleitervorrichtung 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitervorrichtung 1 eine Vielzahl von externen Anschlussklemmen 50, 51, 52, 53, 54 und 55 hat, die in einem Gehäuse 40 fixiert gehalten sind, mindestens ein Halbleiterelement (z. B. IGBT-Element 30a oder 30b oder dergleichen), das in das Gehäuse gepackt ist, und mindestens einen Klemmenblock, der mit mindestens einer Verdrahtungsklemme 60 versehen ist, durch welche das Halbleiterelement mit den externen Anschlussklemmen 50, 51, 52, 53, 54 und 55 elektrisch verbunden ist.
Es folgt eine Beschreibung der vorteilhaften Effekte der Halbleitervorrichtung 1 mit einem derartigen Aufbau.
2 bis 7 zeigen als Beispiel schematische Ansichten, die den Hauptteil der Halbleitervorrichtung zur Erläuterung der Effekte die Halbleitervorrichtung zeigen.
Dabei sind in den auf alle nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen bezogenen Zeichnungen Elemente, die denjenigen in 1A und 1B entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Auf eine detaillierte Beschreibung dieser Elemente wird verzichtet, wenn diese Elemente bereits beschrieben wurden.
Zunächst kann in der Halbleitervorrichtung die Verdrahtungsklemme 60 ohne weiteres in dem Gehäuse 40 herum gezogen werden.
2 zeigt einen Zustand der Halbleitervorrichtung 1, nachdem die Isolierplatte 70, die die daran befestigte Verdrahtungsklemme 60 enthält, von der Halbleitervorrichtung 1 entfernt wurde, das heißt 2 zeigt eine Halbleitervorrichtung 1a. 3 zeigt die Isolierplatte 70, nachdem die Isolierplatte 70 mit der daran befestigten Verdrahtungsklemme 60 von der Halbleitervorrichtung 1 entfernt wurde, das heißt 3 zeigt einen Klemmenblock 70bl.
Nachdem beispielsweise der in 3 gezeigte Klemmenblock 70bl über der in 2 gezeigten Halbleitervorrichtung 1a angeordnet wurde, wird der Klemmenblock 70bl nahe an die Halbleitervorrichtung 1a gebracht, so dass die Kerben 70a des Klemmentlocks 70bl auf die Fixierungsstifte 70p der Halbleitervorrichtung 1a aufgesetzt werden.
Auf diese Weise wird der Klemmenblock 70bl relativ zu dem Gehäuse 40 exakt positioniert. Ferner kommen die Erweiterungsabschnitte 70c der Isolierplatte 70 in Kontakt mit den Klemmenhaltern 24a und 24b, so dass die Isolierplatte 70 horizontal stabilisiert wird.
Darüber hinaus wird der Klemmenblock 70bl in das Gehäuse 40 dergestalt eingesetzt, dass die Verbindungsabschnitte 60c der Verdrahtungsklemme 60 jeweils in Kontakt mit einem Verbindungsabschnitt 53c der externen Anschlussklemme 53, einem Verbindungsabschnitt 55c der externen Anschlussklemme 55 und einem Verbindungsabschnitt 25c des Klemmenhalters 25 kommen. Die Kerben 70b der Isolierplatte 70 nehmen die Seitenabschnitte der Stiftklemmen 22 auf, so dass sie dadurch die Seitenabschnitte der Stiftklemmen 22 stützen.
Dann werden die Verbindungsabschnitte 60c mit dem Verbindungsabschnitt 53c der externen Anschlussklemme 53, dem Verbindungsabschnitt 55c der externen Anschlussklemme 55 und dem Verbindungsabschnitt 25c des Klemmenhalters 25 jeweils durch Löten oder dergleichen verbunden.
Auf diese Weise kann die Verdrahtungsklemme ohne weiteres in dem Gehäuse 40 herum gezogen werden.
In der Halbleitervorrichtung 1 können verschiedene Arten von Klemmenblöcken 70bl, die Verdrahtungsklemmen 60 mit modifizierten Verdrahtungsmustern enthalten, vorbereitet werden, so dass die Konfiguration jeder Verdrahtungsklemme, die von den externen Anschlussklemmen 50, 51, 52, 53, 54 und 55 herum gezogen wird, frei geändert werden kann, auch wenn die externen Anschlussklemmen 50, 51, 52, 53, 54 und 55 in dem Gehäuse 40 fixiert und gehalten sind..
Beispielsweise ist in einem in 4 gezeigten Klemmenblock 70bl eine T-förmige Verdrahtungsklemme 60 an der Isolierplatte 70 befestigt. Nachdem ein derartiger Klemmenblock 70bl auf die in 2 gezeigte Halbleitervorrichtung 1a aufgesetzt ist, werden die Verbindungsabschnitte 60c der Verdrahtungsklemme 60 mit dem Verbindungsabschnitt 50c der externen Anschlussklemme 50, dem Verbindungsabschnitt 53c der externen Anschlussklemme 53 und dem Verbindungsabschnitt 25c des Klemmenhalters 25 jeweils durch Löten oder dergleichen verbunden.
Diese Konfiguration der Verdrahtungsklemme 60 erlaubt es, dass die externen Anschlussklemmen 50 und 53 als Wechselstrom-Ausgangsklemmen dienen.
5 zeigt den Zustand einer weiteren Halbleitervorrichtung, nachdem die Isolierplatte 70, an der die Verdrahtungsklemme 60 befestigt ist, von der Halbleitervorrichtung 1 entfernt wurde. Das heißt, 5 zeigt eine Halbleitervorrichtung 1b, bei deren Aufbau der Klemmenhalter 25 der in 2 gezeigten Halbleitervorrichtung 1a in der Mitte in zwei Abschnitte geteilt ist.
Ein Klemmenblock 70bl kann auch in der Halbleitervorrichtung 1b vorgesehen sein.
Nachfolgend wird der Fall beschrieben, in welchem beispielsweise ein in 6 gezeigter Klemmenblock 70bl an der Halbleitervorrichtung 1b angebracht ist. In dem in 6 gezeigten Klemmenblock 70bl sind T-förmige Verdrahtungsklemmen 60 dergestalt an der Isolierplatte 70 befestigt, dass sie zueinander spiegelsymmetrisch sind.
Nachdem dieser Klemmenblock 70bl in die in 5 gezeigte Halbleitervorrichtung 1 eingesetzt ist, werden die Verbindungsabschnitte 60c der Verdrahtungsklemmen 60 mit dem Verbindungsabschnitt 50c der externen Anschlussklemme 50, dem Verbindungsabschnitt 52c der externen Anschlussklemme 52, dem Verbindungsabschnitt 53c der externen Anschlussklemme 53, dem Verbindungsabschnitt 55c der externen Anschlussklemme 55 und dem Verbindungsabschnitt 25c des Klemmenhalters 25 jeweils durch Löten oder dergleichen verbunden. 7 zeigt die Form einer Halbleitervorrichtung 2 nach dem Verbinden.
Wie 7 zeigt, ist die Halbleitervorrichtung 2 mit zwei Gruppen von Wechselstrom-Ausgangsklemmen versehen, die hinsichtlich Phase etc. verschieden sind und die aus einer Kombination der externen Anschlussklemmen 50 und 53 und einer Kombination der externen Anschlussklemmen 52 und 55 jeweils gebildet sind.
Wie vorstehend beschrieben ist es in dieser Ausführungsform möglich, die Konfiguration der Wechselstrom-Ausgangsklemmen zu verändern, um somit die Phase der Wechselrichterschaltung ohne weiteres zu ändern.
Ferner kann in dieser Ausführungsform die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemeinsam für die in 2 und 5 gezeigten Halbleitervorrichtungen 1a und 1b verwendet werden. Nach Wunsch des Benutzers kann einer der in verschiedenen Formen hergestellten Klemmenblöcke 70bl auf die Halbleitervorrichtung 1a oder 1b aufgesetzt werden und die externen Anschlussklemmen 50, 51, 52, 53, 54 und 55 können mit einer entsprechenden Verdrahtungsklemme oder -klemmen 60 dergestalt verbunden werden, dass die Konfiguration der Verdrahtungsklemme beziehungsweise -klemmen 60 frei ausgewählt werden kann.
Darüber hinaus kann die Konfiguration der mit den externen Anschlussklemmen 50, 51, 52, 53, 54 und 55 zu verbindenden externen Verdrahtung nach Wunsch des Benutzers frei gewählt werden.
Das heißt, dass die Form jeder an der Isolierplatte 70 befestigten Verdrahtungsklemme 60 so verändert werden kann, dass eine beliebige der externen Anschlussklemmen 50, 51, 52, 53, 54 und 55 als eine Eingangsklemme für die positive Elektrode festgelegt werden kann, während eine beliebige der externen Anschlussklemmen 50, 51, 52, 53, 54, und 55 als eine Eingangsklemme für die negative Elektrode festgelegt werden kann. Jede beliebige der externen Anschlussklemmen 50, 51, 52, 53, 54 und 55 kann als Wechselstrom-Ausgangsklemme festgelegt werden. Des Weiteren kann die Phase der Wechselrichterschaltung ohne weiteres nach Erfordernis geändert werden.
Ferner können die Länge, Breite und Dicke jeder Verdrahtungsklemme 60 so eingestellt werden, dass der Verdrahtungswiderstand, die Reaktanz, die Wärmeableitung etc. gemäß der Leistungsfähigkeit der Schaltung frei eingestellt werden können.
Da ferner der Klemmenblock 70bl unabhängig von der Halbleitervorrichtung 1a oder 1b vorgesehen ist, kann mindestens ein Teil der Verdrahtungsklemme 60, beispielsweise eine untere Schicht der Verdrahtungsklemme 60, mit Nickel (Ni) und Gold (Au) oder mit Nickel (Ni) und Zinn (Sn) durch einen anderen Prozess als den Herstellungsprozess der Halbleitervorrichtung 1a oder 1b beschichtet werden.
Des weiteren kann die Halbleitervorrichtung 1 oder 2 als so genannte Struktur ohne Metallbasis vorgesehen sein, in welcher die Metallbasisplatte 10 weggelassen wird, so dass das isolierende Substrat 20 als ein Substrat der Halbleitervorrichtung 1 verwendet wird, um eine weitere Größen- und Gewichtsreduzierung der Halbleitervorrichtung zu erreichen.
Ferner ist die Isolierplatte 70 nicht auf die vorstehend beschriebenen Formen beschränkt.
8 zeigt beispielsweise eine schematische Ansicht, die einen Hauptteil einer Halbleitervorrichtung 3 als eine Modifikation der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In dem Gehäuse 40 angeordnete Halbleiterelemente etc. sind dabei in 8 nicht dargestellt.
Wie 8 zeigt, sind in der Halbleitervorrichtung 3 externe Anschlussklemmen 50, 51, 52, 53, 54 und 55 in dem Gehäuse 40 dergestalt befestigt und gehalten, dass die Leitungen der externen Anschlussklemmen 50, 51 und 52 senkrecht zu den Leitungen der externen Anschlussklemmen 53, 54 und 55 sind. Eine Vielzahl von Verdrahtungsklemmen 60a, 60b, 60c und 60d sind durch ein Klebeelement (nicht dargestellt) an einer L-förmigen Isolierplatte 70 befestigt.
In der Isolierplatte 70 sind Kerben 70a vorgesehen. Die Kerben 70a sind auf Fixierungsstifte 70p aufgesetzt, die in dem Gehäuse fest vorgesehen sind. Die Enden der Verdrahtungsklemmen 60a, 60b, 60c und 60d sind mit den externen Anschlussklemmen 50, 51, 52 und 55 jeweils durch Löten oder dergleichen verbunden.
Wie vorstehend beschrieben kann die L-förmige Isolierplatte 70, die einen Teil der Verdrahtungsklemmen 60a, 60b, 60c und 60d trägt, als ein Klemmenblock vorgesehen sein.
Zweite Ausführungsform
Eine weitere Halbleitervorrichtung 4 als Modifikation der Halbleitervorrichtung 1 wird nachfolgend beschrieben.
9A und 9B sind schematische Ansicht eines Hauptteils einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 9A ist eine schematische Draufsicht, die die Halbleitervorrichtung zeigt. 9B ist eine Schnittansicht, die die Halbleitervorrichtung entlang einer unterbrochenen Linie X-X in 9A in Pfeilrichtung gesehen zeigt.
Wie 9A und 9B zeigen, ist in der Halbleitervorrichtung 4 ein Erweiterungsabschnitt 70w in einer Isolierplatte 70 so vorgesehen, dass der Erweiterungsabschnitt 70w den äußeren Umfang eines Verbindungsabschnitts zwischen der Verdrahtungsklemme 60 und dem Klemmenhalter 25 umgibt und als ein mit der Verdrahtungsklemme 60 verbundenes Element dient.
Die Bildung des Erweiterungsabschnitts 70w in der Isolierplatte 70 ermöglicht es, winzige Schmelzperlen in einem von der Isolierplatte 70 und dem Erweiterungsabschnitt 70w umgebenen Raum sicher zu erfassen, wenn die winzigen Schmelzperlen beispielsweise beim Verbinden der Verdrahtungsklemme 60 mit dem Klemmenhalter 25 durch Löten oder dergleichen entstehen.
Demgemäß kann auch dann, wenn Schmelzperlen entstehen, das Vorhandensein des Erweiterungsabschnitts 70w sicher verhindern, dass die Schmelzperlen an den IGBT-Elementen 30a und 30b, den Freilaufdioden-Elementen 31a und 31b, den Metallfolien 20c und 20d etc. anhaften. Somit können eine Verschlechterung der Halbleiterelemente, Kurzschlüsse etc. vermieden werden.
Dritte Ausführungsform
Eine weitere Halbleitervorrichtung 5, die als eine Modifikation der Halbleitervorrichtung 1 vorgesehen ist, wird nachfolgend beschrieben.
10A und 10B sind schematische Ansichten des Hauptteiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 10A ist eine schematische Draufsicht, die die Halbleitervorrichtung zeigt. 10B ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung entlang einer unterbrochenen Linie X-X in 10A, in Pfeilrichtung gesehen.
Wie 10A und 10B zeigen, ist in der Halbleitervorrichtung 5 eine Metallplatte 80 an der Isolierplatte 70 befestigt und selektiv angeordnet. Zusätzlich hat die Metallplatte 80 einen Erweiterungsabschnitt 80a. Der Erweiterungsabschnitt 80a ist durch den Klemmenhalter 24b mit einer externen Anschlussklemme 54 elektrisch verbunden, die als eine Eingangsklemme der negativen Elektrode dient.
In einem derartigen Aufbau kann die Metallplatte 80 als eine Abschirmplatte zum Schutz gegen elektromagnetische Wellen dienen, die von den Halbleiterelementen etc. emittiert werden. Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung 5 eine Steuerschaltung etc., die an der Außenseite der Halbleitervorrichtung 5 angebracht wird, stabil betreiben.
Die Halbleitervorrichtung 1, die einen daran angebrachten Klemmenblock 70bl enthält, ist in 1A und 1B gezeigt. Die Anzahl der daran befestigten Klemmenblöcke 70bl ist jedoch nicht auf diese Zahl beschränkt. Das heißt, dass eine Vielzahl von Klemmenblöcken 70bl angebracht werden können, so dass die Verdrahtungsklemmen 60 dreidimensional angeordnet werden können.
Die erste bis dritte Ausführungsform, die vorstehend beschrieben wurden, sind nicht unbedingt voneinander unabhängig, sondern es können wenigstens zwei der Ausführungsformen kombiniert werden.

Claims

Halbleitervorrichtung, enthaltend: eine Vielzahl von externen Anschlussklemmen (51, 53, 50, 52), die in einem Gehäuse (40) aus einem Harzmaterial fixiert gehalten sind; mindestens ein in dem Gehäuse (40) untergebrachtes Halbleiterelement (30a, 30b, 31a, 31b); und mindestens eine Verdrahtungseinheit (70bl)wobei die Verdrahtungseinheit (70bl), mindestens eine Zuleitung (60) zur Leistungsübertragung sowie ein Trägersubstrat (70) enthält, wobei das Trägersubstrat (70) die Zuleitung (60) trägt, wobei die Verdrahtungseinheit (70bl) in einem Inneren des Gehäuses (40) angeordnet ist, wobei das Halbleiterelement (30a, 30b, 31a, 31b) mit den externen Anschlussklemmen (51, 53, 50, 52) durch die mindestens eine Zuleitung (60) elektrisch verbunden ist, und wobei eine Kerbe (70b) in der Verdrahtungseinheit (70bl) so ausgebildet ist, dass die Kerbe (70b) eine Stiftklemme (22) hält, die mit einer Steuerelektrode des Halbleiterelements (30a, 30b, 31a, 31b) leitend verbunden ist.
Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Erweiterungsabschnitt (70w) an der Verdrahtungseinheit (70bl) gebildet ist, so dass der Erweiterungsabschnitt (70w) einen äußeren Umfang eines Verbindungsabschnitts zwischen der Zuleitung (60) und einem mit der Zuleitung (60) verbundenen Element umgibt.
Halbleiterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschirmungsschicht selektiv auf der Verdrahtungseinheit (70bl) angeordnet ist.
Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (60) mit dem Trägersubstrat (70) umspritzt oder an dem Trägersubstrat befestigt ist.
Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement einen Klemmhalter (25) umfasst, der die Zuleitungen (60) mit Elektroden des Halbleiters elektrisch leitend verbindet.